三网融合环境下企业私有云PaaS平台构建研究

倪礼豪++叶海鹏

摘要：研究了三网融合发展的背景下，云计算对行业、企业信息化建设的支撑作用，提出了行业、企业建设私有云，采用OpenStack作为IaaS层的后端，选择Cloud Foundry构建PaaS层的解决方案，经过实验验证，该方案有较好的性能表现，且稳定可靠。

关键词：三网融合；云计算；私有云；IaaS；Cloud Foundry；PaaS

中图分类号：TP311

文献标识码：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.011

0 引言

有文献指出：电信网、广播电视网、互联网在向宽带电信网、数字电视网、下一代互联网发展的过程中，它们的功能、业务范围、资源共享等方面呈现出趋向于一致的特性，通常把这个发展的过程称为三网融合^[1-2]。三网融合发展将打破各运营商之间的技术壁垒，通过资源整合极大的实现资源共享，对于企业而言，大幅提高了信息化基础建设的产出投入比，在这个技术背景下，云计算^[3-4]，互联网+应运而生并获得长足发展的契机。

行业、企业信息化的需求经历了web空间租用、主机或者VPS托管、自建服务器等历程，随着物联网、移动设备的发展，应用普及，各类数据呈爆炸的态势扩展，新的业务需求也不断被提出。在智慧城市建设的大幕下，面向“三农”信息化建设、智慧教育、智慧医疗、智慧社区、智慧交通等正在深入的发展^[5]。

在云计算环境中主要有公有云、私有云和混合云三种模式，公有云方面，国际上的服务提供商主要有Google、Microsoft、IBM、Amazon等^[6]，国内的典型代表有百度云、阿里云等。对于国内很多行业、企业需要构建私有云的原因在于：

（1）行业、企业的传统IT架构参与建设的厂商多，企业里各部门一般有办公系统、人力资源管理系统、客户关系管理系统、财务管理系统等，这些系统各自独立，数据重复、分散、不一致性问题严重。

（2）由于传统的信息系统弹性扩展差、扩容难，可复用性不高，难以满足用户个性化需求。

（3）企业信息化基础设施部署周期长，各业务软件定制开发慢、接口复杂等原因导致了实施推广难，使得整体的建设周期长。

（4）企业信息化投入产出比低。

（5）外部技术因素和政策环境的驱使，主要体现在云计算技术和解决方案的成熟，国家政策的支持等。

1 云计算及体系架构

云计算的体系架构共分为物理资源层、基础设备服务层（Infrastructure as a Service， IaaS）、平台即服务层（Platform as a Service，PaaS）和软件即服务层（Software as aService，SaaS）这四层，云计算架构如图1所示^[7]。硬件基础层主要包括服务器、存储设备和网络设备。基础设施层主要包括虚拟化计算、虚拟化存储、虚拟化网络，可选择OpenStack作为IaaS层的后端软件，向平台层提供接口。平台即服务PaaS层的前端包括IaaS层的适配器，PaaS层之上的基础平台主要包括应用开发平台、数据库平台、服务集成平台、应用运行平台、应用中间件平台和流程服务平台。在PaaS的后端，通常还包括企业内公共服务和互联网公共服务组件。在软件层，即SaaS平台，主要是业务软件，比如客户关系管理系统，办公系统，企业资源管理系统等。云计算关键技术涉及虚拟化技术、数据分布存储技术、数据管理技术、安全技术和编程模型等^[8]。

2 PaaS及Cloud Foundry方案

文献[7]指出，国内外当前在云计算领域的研究中，多偏重于IaaS和SaaS的研究，涉及PaaS的研究很少，本文主要研究基于Cloud Foundry的企业私有云平台即服务PaaS构建。

传统的信息化应用突出表现的问题有：

（1）弹性伸缩架构差，传统的系统的计算能力的标的是按照系统需求的最大峰值设定的，且留有一定的冗余，这表现出资源规划和实际使用不同步；随着信息化程度的加深，业务量持续增长，而系统服务能力不能同步增长，即业务系统计算能力不能满足业务增长的需求。

（2）运维方面，传统信息系统部署安装，需要专门的实施工程师，对用户的响应不及时，日常运维复杂繁重，故障恢复慢。

（3）计费方面，传统的资源专属于某个应用，存在计费困难，即使是IaaS也只能做到按分配的资源计费，却做不到按实际应用情况计费。

PaaS解决方案要重点解决上述问题，在PaaS解决方案方面有基于厂商驱动的开源PaaS，典型的代表有Cloud Foundry、OpenShift、Stackato等，基于标准的开源PaaS，典型的代表有Cloudify等。Cloud Foundry可以部署到OpenStack、AWS、vSphere、vCloud Air和vCloud Director中^[9]。

Cloud Foundry能很好的解决上述问题。

对于问题（1）通过vSphere虚拟机技术，应用层的DEA Pool和WardenContainer+App，数据库层的服务节点实现资源的切分；在应用层通过Nginx+Router+Session sticky+DEA Pool实现资源整合。

对于问题（2），Cloud Foundry通过提供安装部署工具，使安装部署更方便，用户可自助完成，实现部署的自动化和智能化。

对于问题（3），Cloud Foundry采用多租户^[10]架构实现了资源切分和隔离，计费的层次可以分为用户界面的使用次数，后台服务调用次数，基础服务能力的计量，这样，计费更加合理，实现了基于消费的计费。

3 OpenStack上使用BOSH部署Cloud Foundry

在OpenStack上部署Cloud Foundry可以通过BOSH进行，BOSH是部署Cloud Foundry到分布式节点的工具，这可以大大简化部署过程，共分为3步。BOSH的整体架构如图2所示。

从图2可以看出，BOSH的体系架构与Cloud Foundry相似，在外壳部分，CLI负责接受用户输入，是指令人口，相当于虚拟机的控制台；Director相当于虚拟机的控制器，接收CLI传来的命令，执行并返回结果，Director并管理内核中所有的虚拟机；DB相当于CCDB，存储着系统的一些数据；Blobstore相当于存储系统或者文件系统，存储着程序包、用户的作业任务以及未解压的程序包等；MessageBus相当于NATS，是消息总线。Healteh Monitor相当于Health Manager，负责监控系统运行状况，接收每个虚拟机通过客户端传回的数据。在这些组件中，其中最重要的有云控制器组件、NATS组件、路由组件、运行监测组件和DEA组件。

构建Cloud Foundry步骤如下：

（1）创建及配置inception VM，inception VM用于创建一个自定义的micro bosh stemcell，存储了micro bosh的registry，bosh cli和各release之间的交互日志文件，并运行跟踪openstack组件

（2）配置部署micro bosh，需要先在inception VM中配置micro_bosh.yml并制作自定义的openstack-bosh-micro-ste mcell。

（3）使用bosh配置部署Cloud Foundry。

4 结语

本文研究了三网融合背景下，以面向“三农”信息化建设和教育行业信息化建设为研究对象，根据新的信息化应用特点，提出了构建行业、企业私有云的解决方案。研究了云计算的体系结构，并选择OpenStack作为IaaS层的后端，选择Cloud Foundry构建PaaS层，在部署实施过程中选择第三方组件BOSH，在实验环境，开发部署了关于教育领域和“三农”领域的SaaS软件，该方案有较好的系统性能，且稳定可靠。

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